JP2017120691A - X-ray tube apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、X線管装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an X-ray tube apparatus.
特許文献1には、X線管を収納した管容器内に冷媒を循環させる冷媒循環回路に熱交換器を設け、熱交換器を冷凍サイクルで冷却する技術が開示されている。
しかし、冷媒循環回路は管容器内を循環してX線管を冷却するものであるか、部位により温度差があるX線管の効率的な冷却ができないという不都合があった。 However, the refrigerant circulation circuit circulates in the tube container to cool the X-ray tube, or there is a disadvantage that the X-ray tube having a temperature difference depending on the site cannot be efficiently cooled.
本実施形態の目的は、X線管の効率的な冷却を図ることができるX線管装置を提供することにある。 An object of the present embodiment is to provide an X-ray tube apparatus capable of efficiently cooling the X-ray tube.
一実施形態に係るX線管装置は、陰極から放出された電子ビームが衝突してX線を発生する陽極部を有するX線管と、前記X線管を収納した管容器と、前記X線管の陽極部及び前記管容器内へ冷媒を供給する冷媒供給路と、前記陽極部を冷却した後の高温冷媒を管容器外に排出する高温冷媒排出路と、前記管容器内を冷却した冷媒であって、前記高温冷媒よりも低温の冷媒を管容器外に排出する低温冷媒排出路と、前記高温冷媒排出路のみを接続して前記高温冷媒のみを冷却する主熱交換器と、を備えるX線管装置である。 An X-ray tube apparatus according to an embodiment includes an X-ray tube having an anode portion that generates X-rays when an electron beam emitted from a cathode collides, a tube container housing the X-ray tube, and the X-rays A refrigerant supply path for supplying refrigerant into the anode part of the tube and the tube container, a high-temperature refrigerant discharge path for discharging the high-temperature refrigerant after cooling the anode part to the outside of the tube container, and a refrigerant for cooling the inside of the tube container A low-temperature refrigerant discharge path for discharging a refrigerant having a temperature lower than that of the high-temperature refrigerant to the outside of the tube container, and a main heat exchanger for cooling only the high-temperature refrigerant by connecting only the high-temperature refrigerant discharge path. X-ray tube device.
以下に、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the disclosure is merely an example, and those skilled in the art can easily conceive of appropriate changes while maintaining the gist of the invention are naturally included in the scope of the present invention. In addition, for the sake of clarity, the drawings may be schematically represented with respect to the width, thickness, shape, etc. of each part as compared to actual aspects, but are merely examples, and The interpretation is not limited. In addition, in the present specification and each drawing, components that perform the same or similar functions as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated detailed description may be omitted as appropriate. .
図1は、本実施形態に係るX線管装置1を概略的に示す回路図である。図1に示すように、X線管装置1は、X線管3と、X線管3を収納する管容器5と、冷却部7とを備えている。
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing an
X線管3は、伝動冷却方式の回転陽極型X線管であり、陰極から放出された電子ビームが衝突してX線を発生する陽極部(図示せず)に固定された陽極固定軸9を有し、陽極固定軸9の外周には、絶縁筒11を介して陽極部を回転駆動するための回転磁界を発生するステータコイル13及びステータインシュレータ14が設けてある。 The X-ray tube 3 is a transmission cooling type rotary anode X-ray tube, and is fixed to an anode fixing shaft 9 fixed to an anode portion (not shown) that generates X-rays by collision of an electron beam emitted from a cathode. A stator coil 13 and a stator insulator 14 are provided on the outer periphery of the anode fixed shaft 9 to generate a rotating magnetic field for rotating the anode portion through an insulating cylinder 11.
陽極固定軸9には、液体金属軸受面を介して陽極部の熱が伝導されており、内部に冷媒を導入して、陽極固定軸9を冷却する冷却通路15が形成されている。冷却通路15には、冷媒導入路(冷媒導入パイプ)15aが挿入してあり、冷媒導入路15aから導入された冷媒が冷却通路15を通って陽極固定軸9を冷却する。尚、冷媒は絶縁油である。
The anode fixing shaft 9 is conducted with heat of the anode portion through the liquid metal bearing surface, and a cooling passage 15 for introducing a refrigerant into the anode fixing shaft 9 to cool the anode fixing shaft 9 is formed. A refrigerant introduction path (refrigerant introduction pipe) 15 a is inserted into the cooling passage 15, and the refrigerant introduced from the
また、陽極固定軸9の冷媒導入側には、主としてポリカーボン等の樹脂で成形された冷媒分流カバー17が取り付けてある。この冷媒分流カバー17内には冷媒導入路15aが挿入してあると共に冷却通路15に連通する冷媒導出路19が形成してある。また、冷媒分流カバー17には、冷媒導入路15aから冷媒の一部を管容器5内に導入する分流路21が形成されている。
Further, on the refrigerant introduction side of the anode fixed shaft 9, a
管容器5内には内部にX線管3と共に冷媒(絶縁油)が充填されている。 The tube container 5 is filled with refrigerant (insulating oil) together with the X-ray tube 3.
X線管3の陰極側高電圧配線20は陰極側高電圧ソケット23に接続されており、陽極側高電圧配線22は陽極側高電圧ソケット24に接続されている。
The cathode side
また、管容器5は、気密構造であり、管容器5内に充填されている冷媒(絶縁油)の温度上昇による体積膨張で、管容器5内の圧力が上昇しようとするのを吸収するため、ニトリルブタジエンゴム等を主成分とする空盆28が設けられている。この空盆28は、大気導通穴26を通じて気密シールを保持しながら、管容器5の内部が大気圧に等しくなるようにしている。
In addition, the tube container 5 has an airtight structure, and absorbs an increase in pressure in the tube container 5 due to volume expansion due to a temperature rise of the refrigerant (insulating oil) filled in the tube container 5. An
次に、冷却部7について説明する。 Next, the cooling unit 7 will be described.
冷却部7は、陽極固定軸9の冷却通路15に冷媒導出路19を介して接続された高温冷媒排出路25と、主熱交換器27と、主熱交換器27の出口側で高温冷媒排出路25に接続された冷媒供給路29と、制御部30を備え、冷媒供給路29は冷媒導入路15aに接続されている。そして、高温冷媒排出路25と、冷媒供給路29と、冷媒導入路15a、冷却通路15で冷媒の循環回路を構成している。
The cooling unit 7 discharges the high temperature refrigerant at the outlet side of the high temperature
高温冷媒排出路25は、管容器5の外に導出してあり、管容器5の外部に設けた主熱交換器27に接続されており、高温冷媒は主熱交換器27で熱交換されることで冷却される。
The high-temperature
主熱交換器27は、ブレージングプレート式熱交換器であり、熱交換媒体としては、冷却水又は冷却空気、ヒートポンプにより冷却された代替フロン、炭酸ガス等が使用されるが、この実施の形態では冷却水が用いられており、主熱交換器27には冷却水配管31が接続されている。冷却水又は冷却空気の温度は室温ものを使用することができる。また、主熱交換器27は外周面が断熱カバー34で覆われている。
The
一方、管容器5には、内部の冷媒を導出する低温冷媒排出路33が接続されている。この管容器5内の冷媒温度は、陽極固定軸9から熱を受ける高温冷媒排出路25を流れる冷媒よりも低い温度である。
On the other hand, the tube container 5 is connected with a low-temperature
低温冷媒排出路33は、管容器5において、高温冷媒排出路25よりも空盆28側で、空盆28の近傍で管容器5に接続されている。
The low-temperature
高温冷媒排出路25において、主熱交換器27の出口側には、低温冷媒排出路33に接続されて低温冷媒が合流する冷媒合流部35が設けてあり、冷媒合流部35は冷媒供給路29に接続されている。この冷媒供給路29には、主循環ポンプ37が設けてあり、主循環ポンプ37は、ブラシレスDCポンプであり、冷媒合流部35の下流側に吸い込み口を設けている。
In the high-temperature
また、冷媒供給路29には、並列に設けた補助冷媒供給路39が接続してある。補助冷媒供給路39には、補助循環ポンプ41と、補助循環ポンプ41の下流側に補助熱交換器43が設けてある。補助熱交換器43は、ブレージングプレート式熱交換器であり、熱交換媒体を供給する冷却配管45が接続してあり、冷却配管45から供給する熱交換媒体により補助熱交換器43を冷却している。冷却配管45から供給する熱交換媒体は、主熱交換機27と同様に冷却水又は冷却空気である。
The
補助循環ポンプ41も冷媒合流部35側を吸い込み口にしている。また、補助循環ポンプ41の吐出側で、補助冷媒供給路39の出口側には、逆止弁44が設けてあり、冷媒供給路29から冷媒が補助冷媒供給路39へ逆流するのを防止している。
The auxiliary circulation pump 41 also has the
低温冷媒排出路33には冷媒合流部35の上流側に流量調整弁47が設けてあり、冷媒合流部35で合流する低温冷媒の量を調整できるようにしてある。
The low-temperature
尚、主循環ポンプ37及び補助循環ポンプ41は、各々電源49に接続されている。
The
次に、制御部30について説明する。
Next, the
制御部30は、管容器5の温度検出部51と、ポンプ駆動制御部53とを備え、ポンプ駆動制御部53は、主循環ポンプ37の駆動を制御すると共に温度検出部51の検出信号に応じて補助循環ポンプ41の駆動を制御している。
The
温度検出部51は、サーモスタットであり、管容器5の温度が所定温度よりも高くなると入力され、ポンプ駆動制御部53は、主循環ポンプ37の駆動中に温度検出部51の入力信号を受けると補助循環ポンプ41を駆動し、管容器の温度が所定温度よりも低くなると切断信号を受け、補助循環ポンプ41の駆動を停止する。
The
次に、一実施形態にかかるX線管装置1の作用及び効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
一実施形態にかかるX線管装置1では、制御部30から駆動信号を受けて主循環ポンプ37が駆動する。これにより、冷媒供給路29から冷媒導入路15aを通じて冷媒の一部は陽極固定軸9の冷却通路15に供給され、冷媒の他部は分流路21を介して管容器5内に供給される。
In the
陽極部から熱が伝動してくる陽極固定軸9の冷却通路15では、熱伝達面は200℃近い高温となり、冷却後の冷媒温度は100℃近くまで上昇し、高温冷媒となる。高温冷媒は、管容器5内の冷媒と分離したまま、冷媒導出路19を介して高温冷媒排出路25を通じて主熱交換器27に流入され、冷却水と熱交換される。
In the cooling passage 15 of the anode fixing shaft 9 where heat is transmitted from the anode part, the heat transfer surface is a high temperature close to 200 ° C., and the refrigerant temperature after cooling rises to near 100 ° C. to become a high temperature refrigerant. The high-temperature refrigerant flows into the
主熱交換器27の冷却水が室温(25℃)とし、主熱交換器27で熱交換される高温冷媒の温度が100℃とした場合に、温度差ΔT=75℃となり、温度差が大きく取れるから、比較的小さな熱交換器で、且つ、管容器5内の冷媒の全体平均温度が低い場合でも、大きな冷却効率を得ることが可能となる。
When the cooling water of the
また、主熱交換器27では、その流入側の配管は、管容器5全体の平均温度が低くても、X線撮影後(X線管が作動後)、高温媒体との熱交換により早期に80℃以上に上昇する可能性があるが、断熱カバー34で覆われているので、作業者等が高温部に接触するのを防止できる。
In addition, in the
高温冷媒排出路25の冷媒は、主熱交換器27で熱交換されて温度を下げた後、管容器5から低温冷媒排出路33により導出された低温冷媒と冷媒合流部35で合流して、冷媒供給路29へ送られる。
The refrigerant in the high-temperature
また、管容器5から導出される低温冷媒の冷媒温度が、例えば45℃以下の場合には、制御部30のポンプ駆動制御部53では、主循環ポンプ37のみを駆動して冷媒合流部35で合流した冷媒を冷媒供給路29へ圧送する。
Further, when the refrigerant temperature of the low-temperature refrigerant derived from the tube container 5 is 45 ° C. or less, for example, the pump
高温の冷媒を主循環ポンプ37や補助循環ポンプ41に吸い込ませるとポンプのサーマルプロテクションが動作したり、ポンプヘッドの軸受寿命を著しく縮めたりする可能性があるが、本実施の形態では、主循環ポンプ37や補助循環ポンプ41は、主熱交換器27の出口側に配置されており、低温冷媒排出路33を主熱交換器27の出口側で合流し、主循環ポンプ37や補助循環ポンプ41の吸い込み側に接続しているから、これらのポンプ起動時に、冷媒の粘性と慣性力が原因でポンプ背圧側が負圧となりキャビテーションが発生して、ポンプ起動が著しく困難になって流量が低下するのを防止できる。
If a high-temperature refrigerant is sucked into the
更に、主循環ポンプ37や補助循環ポンプ41が吸い込む冷媒温度の調整は、流量調整弁47で合流する冷媒の割合を調整することによっても行っている。
Furthermore, the refrigerant temperature sucked by the
低温冷媒排出路33は、空盆28の近傍にあるため、主循環ポンプ37及び補助循環ポンプ41の吸込み側は、常に大気圧に近い圧力に保たれ、負圧になる事が抑制される。
Since the low-temperature
また、本実施の形態では、制御部30の温度検出部51が管容器5の温度が所定温度(例えば、45℃)以上になるとポンプ駆動制御部53では、補助循環ポンプ41を駆動して、補助熱交換器43でも冷却して、冷却能力を上げることができる。尚、管容器5内の平均温度が低いときには、冷媒の粘性が高く、主循環ポンプ37と補助循環ポンプ41との2台のポンプを駆動させると低温冷媒排出路33及び流量調整弁47の流速が早くなりすぎて、各ポンプ37、41の吸い込み口側圧力が下がりすぎる可能性があるから、この場合には主循環ポンプ37のみを駆動する。このように、管容器5の温度を管理する温度検出部51を設けることにより、管容器5内の冷媒温度に応じた制御を図ることができる。
In the present embodiment, when the
上述した一実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The above-described embodiment has been presented as an example, and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、補助冷媒供給路39、補助循環ポンプ41及び補助熱交換器43を設けないで、制御部30では、温度検出部51が所定温度を検知すると主循環ポンプの出力を高める制御をして、冷媒の高温化によるキュビテーションの発生を防止すると共に省エネルギー化を図るものとしても良い。
For example, without providing the auxiliary
X線管3は、回転陽極型X線管に限らず、固定陽極型X線管にも適用することもできる。 The X-ray tube 3 can be applied not only to a rotary anode X-ray tube but also to a fixed anode X-ray tube.
陽極部を冷却した高温冷媒の排出する高温冷媒排出路25は、金属製の真空外囲器の陽極側周囲に巻き付けた真空外囲器高温部の高温冷媒排出部であっても良い。
The high-temperature
流量調整弁47は、高温冷媒排出路25に設けても良い。
The flow rate adjustment valve 47 may be provided in the high-temperature
冷媒合流部35で合流する冷媒の割合調整は、流量調整弁47に換えて、高温冷媒排出路25や低温冷媒排出路の配管の太さで調整しても良い。
The ratio adjustment of the refrigerant to be merged in the
1…X線管装置、3…X線管、5…管容器、25…高温冷媒排出路、27…主熱交換器、28…空盆、29…冷媒供給路、33…低温冷媒排出路、34…断熱カバー、35…冷媒合流部、37…主循環ポンプ、39…補助冷媒供給路、41…補助循環ポンプ、43…補助熱交換器、47…流量調整弁、51…温度検出部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記X線管を収納した管容器と、
前記X線管の陽極部及び前記管容器内へ冷媒を供給する冷媒供給路と、
前記陽極部を冷却した後の高温冷媒を管容器外に排出する高温冷媒排出路と、
前記管容器内を冷却した冷媒であって、前記高温冷媒よりも低温の冷媒を管容器外に排出する低温冷媒排出路と、
前記高温冷媒排出路のみを接続して前記高温冷媒のみを冷却する主熱交換器と、を備えるX線管装置。 An X-ray tube having an anode part that generates X-rays by colliding with an electron beam emitted from the cathode;
A tube container containing the X-ray tube;
A refrigerant supply path for supplying refrigerant into the anode part of the X-ray tube and the tube container;
A high-temperature refrigerant discharge path for discharging the high-temperature refrigerant after cooling the anode part to the outside of the tube container;
A refrigerant that has cooled the inside of the tube container, and discharges a refrigerant having a temperature lower than that of the high-temperature refrigerant to the outside of the tube container; and
An X-ray tube device comprising: a main heat exchanger that connects only the high-temperature refrigerant discharge path and cools only the high-temperature refrigerant.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015256009A JP2017120691A (en) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | X-ray tube apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108760786A (en) * | 2018-07-18 | 2018-11-06 | 国家地质实验测试中心 | Cooling recirculation system |
-
2015
- 2015-12-28 JP JP2015256009A patent/JP2017120691A/en active Pending
Cited By (2)
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CN108760786A (en) * | 2018-07-18 | 2018-11-06 | 国家地质实验测试中心 | Cooling recirculation system |
CN108760786B (en) * | 2018-07-18 | 2023-10-03 | 国家地质实验测试中心 | Cooling circulation system |
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